基于深度學習理論提高科學探究能力的有效路徑

韋鳳娟

[摘要]深度學習理論是幫助學生理解知識，提高學生學習能力，實現高效學習的理論體系。通過研究深度學習理論的內涵及特點，發現深度學習理論的學習要求與生物學學科核心素養中科學探究能力的培養要求高度契合，且通過挖掘深度學習理論歸納出提高科學探究能力的有效路徑：還原科學探究背景，加深知識理解;審辨探究思路，培養批判性思維;創設探究情境，提高遷移能力;表達探究過程和成果，建立知識聯系。

[關鍵詞]深度學習;科學探究能力;有效路徑

[中圖分類號]

G633.91

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-6058（ 2020）23-0092-03

一、科學探究能力的培養和評價

生物學學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任，其中“科學探究”在生物學學科核心素養中起著重要的奠基作用。通過針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施和結果交流與討論，獲得科學探究能力，培養科學思維，最終形成生命觀念并回饋社會，擔負社會責任。由此可見，培養科學探究能力是育人目標中的一個重點和難點。

根據Lunsford和Melear提出的科學探究能力評價的模式，科學探究能力的提高體現在能夠主動學習科學概念、事實等實質性知識;能正確認識科學探究過程的程序;能流暢交流和表達探究結果;能在不同的情境中利用科學思維解決問題。因此，在生物課堂教學中，教師要結合生物學科的特點想方設法激發學生主動探索生物現象的熱情，引導學生對生物科學探究過程進行正確的分析和理解，讓學生掌握科學探究的思路和方法，表達探究的結果和體會，并能在不同的情境中應用和強化科學探究。

二、基于深度學習理論提高學生科學探究能力的有效路徑

上海師范大學黎家厚教授提出，深度學習是在理解的基礎上，批判性地學習新的知識和新的思想，并將其和諧地融人已有的知識結構中，與眾多知識和思想建立密切的相互關系，還能將新知識遷移到新的情境中，做出正確的決策和判斷。

深度學習是相對于淺層學習而言的，要求學生為理解而學習，能對知識進行正確的審辨和批判，能夠在不同的情境中進行遷移和應用，能夠與已有的知識建立密切的聯系。深度學習的目標是培養學生的核心關鍵能力，培養學生的高階思維，并讓學生能利用這些能力和思維去解決實際問題。

面向深度學習的教學應該重新審視“為什么教”“教什么”“怎么教”“教得怎么樣”這四大問題，為培養學生的核心素養而教學，教學的內容應緊貼課程標準的要求，利用多樣的教學策略幫助學生理解、審辨、遷移和應用。同時還要求學生正確表達自己的學習成果以便于教師進行教學評價和反思。

深度學習對理解、審辨、遷移和應用的高標準要求與科學探究能力的培養的要求不謀而合。一方面，利用科學探究過程實現對生物現象規律的理解、審辨、遷移和應用，實現深度學習;另一方面運用體現深度學習的教學策略，加深對科學探究過程的理解，強化對科學探究思路的審辨，在多種情境下應用探究思維等方式可以提高學生的科學探究能力。

因此，在生物課堂教學中可以通過以下教學路徑提高學生的科學探究能力，實現深度學習：①還原生物科學探究的背景，激發學生的探究熱情，加深學生對科學探究問題和科學探究過程的理解;②以表格框架的形式對科學探究過程進行審辨，挖掘科學探究的思路和方法，培養批判性思維;③創設多種類似的科學探究情境，讓學生及時學以致用，在新的探究情境中解決問題，提高遷移能力;④歸納和總結探究過程的體會，表達探究過程和成果，建立知識聯系，形成有機的知識整體。

三、基于深度學習理論提高學生科學探究能力的教學實踐

《植物生長素的發現》是人教版生物必修3第三章第一節的內容。教材選取了長達半個多世紀的“植物向光性”問題的探索中的經典實驗，以問題串的形式一步步引導學生對植物向光性的本質進行探索。但是，若教師僅僅對教材實驗進行講解和分析，學生也僅僅是了解了植物向光性的探究歷程，能說出植物向光性的原因而已，學生的認知程度還停留在淺層學習上，不足以提高學生的科學探究能力，強化學生的科學探究思維。因此，首先應還原關于植物向光性探究的實驗背景;然后通過表格引導學生對教材實驗進行審辨和合理性分析;接著引導學生將植物向光性的科學探究思路應用在多種情境中;最后總結歸納內化形成自己的科學探究知識體系并表達交流。

1.還原探宛背景

教材通過展示達爾文、鮑森·詹森、拜爾、溫特等多位科學家對植物向光性的實驗探究歷程，歸結出植物向光性的原因。其中涉及“胚芽鞘感光部位的探究”“胚芽鞘生長部位的探究”“生長素產生部位的探究”“生長素本質的探究”“向光性機制的探究”等。按照時間主線，將近半個世紀的關于植物向光性的主要研究及現代對植物向光性的研究發展串聯成一個完整的探究科學史。通過還原這些探究實驗的背景，激發學生對植物向光性現象的探索熱情，加深學生對植物向光性現象和本質的理解，促進學生體會科學實驗探究的漸進發展。

2.審辯探究思路

為了提高學生的科學探究能力，使學生形成批判審辨的思維，可以表格的形式引導學生對實驗中的探究問題、實驗假設、實驗對象、自變量、因變量、方案設計、預期結果、實驗結論等進行辨析，思考實驗設計的合理性，或提出更完善的改進方案。（如表1）

學生在表1的填寫過程中，逐漸厘清科學探究的思路和方法，體會科學探究需要遵循的相關原則，強化自己的科學探究思維。特別是小組討論實驗合理性的環節中，可以延展學生的思維深度和思維廣度，活躍學生的批判性思維。學生在對教材的六個實驗的審辨過程中，這種思維得到不斷強化和加深，直到熟練掌握，內化成自己的知識和能力。

3.創設探究情境

學生學會了實驗探究的方法后，教師要創設多種情境讓學生應用。在還原科學探究背景和審辨科學探究思路階段，學生已經能夠清晰地認識到植物向光性的本質是單側光影響生長素橫向運輸，導致生長素分布不均勻的結果。接著馬上引導學生思考：還有哪些刺激可以影響生長素的橫向運輸呢？學生可能會提出多種環境刺激，可以先讓學生共同討論其可能性，然后鼓勵學生按照審辨探究思路階段的表格設計實驗進行探究，實現多情境的橫向探究。例如，探究重力作用下的植物生長，探究失重狀態下的植物生長，探究摩擦力作用下的植物生長，比較重力和單側光對胚芽鞘生長的影響（如表2），等等。